汽車座椅舒適度的研究與探索

楊立平，隋美麗

（北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100000）

前言

現(xiàn)代汽車特別是轎車的座椅舒適度要求越來越高，這不僅基于汽車本身各方面因素的考慮，更主要的是駕乘人員的剛性需求。舒適度直接影響到司機或乘務(wù)人員的疲勞感，尤其是長途旅行更為重要。間接的影響到安全性，如果不疲勞駕駛則安全系數(shù)就高很多。所以汽車座椅設(shè)計的優(yōu)略將直接影響汽車的市場和安全性。

1 汽車座椅考慮的設(shè)計因素

汽車座椅在設(shè)計時必須考慮的因素，是座椅本身的基礎(chǔ)和未來設(shè)計座椅是否具有合理科學(xué)的依據(jù)。

1.1 結(jié)構(gòu)與功能性的設(shè)計

在座椅考慮的諸多因素中，其本身的結(jié)構(gòu)和功用是首選必須考慮的。主要包括：座椅的整體是一人單獨、兩人或是三人；前排、中排（對于商務(wù)車而言）及后排各自人數(shù)的分配。座椅的構(gòu)造及類型，駕駛員座椅的特殊性設(shè)計，座椅的移動方式和方向，座椅的尺寸與上下結(jié)構(gòu)（頭枕）等。

這里結(jié)構(gòu)性設(shè)計包括尺寸設(shè)計、整體還是分體設(shè)計、座椅內(nèi)部骨架減振等；功能性設(shè)計包括司機座椅具備的功能、前排、中排或后排所具備的功能要求等。

1.2 應(yīng)對座椅的流行與發(fā)展趨勢的考慮

目前，汽車座椅的發(fā)展趨勢主要包括安全性、舒適性與多功能性、人性化、輕量化、節(jié)能與環(huán)保及平臺化等。

比如為了安全的主動式頭枕及主動式防下潛，座椅側(cè)施加氣囊等；舒適與多功能主要有多向電動調(diào)節(jié)、加熱通風(fēng)、按摩、家居化、超薄、頸托、充氣式、自適應(yīng)、便利性和娛樂性、隱藏式、空間優(yōu)化等；人性化包括殘疾人座椅、記憶功能座椅等。

2 座椅舒適度設(shè)計因素分析

一個好的設(shè)計方案必須根據(jù)人體的坐姿、扶手、頭枕位置、腰部、臀部等體姿和生理部位的需要，進(jìn)行綜合考慮并加以優(yōu)化后完成其設(shè)計。

2.1 人體因素

人體坐姿的生理特性是以最大限度的控制疲勞感，這就必須了解人體脊柱的結(jié)構(gòu)和特征。人體的脊柱由椎骨、骶骨及尾骨共計24塊所連接而構(gòu)成。椎骨包括7節(jié)頸椎，12節(jié)胸椎和5節(jié)腰椎。所謂舒適是指必須確保腰部曲線處于正常狀態(tài)的彎曲程度，同時保證腰部肌肉完全放松狀態(tài)。座椅必須具備支撐狀態(tài)下的各種坐姿。坐姿角度的計算如下：（尺寸位置參考下圖）

圖1 尺寸位置參考下圖

當(dāng)人體坐好后的舒適度角度為：A42應(yīng)該大于或等于1000；A44 在 950～1300；A46 在 1050～1450。對于角度的范圍，實際當(dāng)中采用可調(diào)節(jié)坐椅來滿足不同身高對于角度的要求。

而人體的壓力分布，也是考慮的重點環(huán)節(jié)。按照人機工程學(xué)的研究結(jié)論，最佳而又合理體壓分布是，體重應(yīng)有較大的支撐面積且壓力又較小，按比例分配到坐墊與靠背上。體壓分配應(yīng)平滑過度不應(yīng)有突變轉(zhuǎn)折。

2.2 與坐椅相關(guān)的人機工程設(shè)計

所謂人機功能的設(shè)計包括：座椅各個方向的調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)方式的選擇。目前，常采用的控制方式有電動和手動兩種，電動控制還包括記憶性控制。

2.2.1 調(diào)節(jié)手柄或按鈕位置的選擇

選擇原則是便于駕乘人員操作且容易識別。座椅調(diào)節(jié)手柄或按鈕布置有著十分詳細(xì)的數(shù)據(jù)范圍要求。比如座椅旁側(cè)板上的調(diào)節(jié)手柄或調(diào)節(jié)按鈕，與坐墊上表面高度的垂直距離不應(yīng)小于 75mm，這樣才能保證駕乘人員進(jìn)出車輛時，與座椅面不發(fā)生沖突。

2.2.2 調(diào)節(jié)手柄、手輪或按鈕尺寸及承受力的設(shè)計原則

由于汽車空間所限，手輪、手柄或按鈕的尺寸必須合理，有時其形狀還需要特別設(shè)計。應(yīng)便于抓握且適合于各種大小的手掌。另外，手柄或按鈕的操作力應(yīng)適中，應(yīng)適合于男女的手力。手柄操作的旋轉(zhuǎn)角度在300～400范圍內(nèi)。

調(diào)節(jié)手柄尺寸與調(diào)節(jié)力具有一定的關(guān)系，同時根據(jù)參與操作手指的數(shù)量其操作力也有所不同。遵循的規(guī)律是：當(dāng)一個拇指參與操作時，其手柄長度為35mm，手柄寬度為6mm，操作力為16N；當(dāng)一個其他手指參與操作時，其手柄長度為35mm，手柄寬度為6mm，操作力為3.0～10N；當(dāng)參與操作手指為2個時，其手柄長度為60mm，手柄寬度為15mm，操作力為 19N；當(dāng)參與操作手指為 3個時，其手柄長度為85mm，手柄寬度為15mm，操作力為24N；當(dāng)參與操作手指為4個時，其手柄長度為110mm，手柄寬度為15mm，操作力為27N。

調(diào)節(jié)手輪的尺寸通常其最小直徑在60～80mm范圍內(nèi)；為防止滑動同時易抓握，一般設(shè)計成多棱并表面帶有波紋的形狀。手輪指尖抓握高度應(yīng)大于 13mm；手輪的斷面高度應(yīng)在25mm以上；手輪周圍的手指間隙應(yīng)在25～30mm；從手輪斷面到其他鄰近表面的手部間隙應(yīng)大于 77mm。手輪操作的調(diào)節(jié)力應(yīng)小于2N.m。

座椅背部調(diào)節(jié)按鈕的設(shè)計要求如下：

①需要調(diào)節(jié)時（如打開車門），易被發(fā)現(xiàn)且易接觸調(diào)節(jié)操作。

②其位置及周邊應(yīng)與其無干涉，避免無意中的誤操作。

③調(diào)節(jié)標(biāo)識應(yīng)易發(fā)現(xiàn)，其位置不應(yīng)再任何角度有遮擋。

④解鎖時應(yīng)有明顯的反饋感，如頓挫；鎖止時必須由響聲的提示。

⑤拉環(huán)類的的尺寸其內(nèi)環(huán)直徑應(yīng)在50mm以上；其周圍的手指間隙不得小于25mm通常在30mm左右。

⑥扣手類尺寸寬度為50mm以上；深度在25mm以上；開啟間隙必須大于 25mm；后指尖間隙不得小于 20mm；轉(zhuǎn)動行程最大不超過300～450。

⑦拉手形狀應(yīng)易抓握，表面有防滑紋。操作參與應(yīng)為拇指及一個或多個其他手指。

拉手寬度與操作力的關(guān)系如下：當(dāng)容納1個手指時，拉手寬度為20mm，操作力為10N；當(dāng)容納2個手指時，拉手寬度為50mm，操作力為35N；當(dāng)容納3個手指時，拉手寬度為80mm，操作力為35N；當(dāng)容納4個手指時，拉手寬度為110mm，操作力為45N。

2.2.3 后排座椅空間設(shè)計

一般就坐于后排的人的膝蓋據(jù)前排座椅最小間隙應(yīng)不低于 75mm。當(dāng)然，為得到更大的后排空間，也可以通過各種優(yōu)化設(shè)計和將前排的座椅骨架設(shè)計成折彎形狀，以便獲得更大的后排空間。

而后排乘員的腳步空間設(shè)計原則是：以前排座椅某點（距坐墊上方190mm處為圓心）為圓心，190mm 為半徑畫一個圓，要求前排座椅骨架和靠背骨架均不能超過外圓弧面；左右腳的寬度設(shè)為340mm，與坐墊骨架在寬度上兩側(cè)距離不得小于10mm，因此座椅骨架在總體寬度上應(yīng)大于360mm。

3 控制行車運動力的設(shè)計

我們知道，當(dāng)汽車進(jìn)入彎道時將產(chǎn)生離心力，而離心力則會是駕乘者產(chǎn)生外傾感覺，使得乘坐的舒適度大大降低。為解決這一問題，可以考慮移動式座椅加幾何結(jié)構(gòu)的結(jié)合設(shè)計方案。

可以將座椅的下骨架，制作成一個橫向有弧度且?guī)L輪的可移動的形式。當(dāng)汽車進(jìn)入彎道時，由于離心力的作用座椅也被甩向外側(cè)，由于有弧度座椅在外移的同時將其上的乘坐人員推向內(nèi)側(cè)，從而保持乘坐人員的垂直坐姿。當(dāng)汽車駛出彎道時，在弧形骨架的作用下，座椅自然回到原來位置。該設(shè)計是創(chuàng)新性的理念，只是一個想法，實施當(dāng)中還有許多具體問題有待解決，但應(yīng)該說是一個突破傳統(tǒng)的想法且效果應(yīng)該是很不錯。

4 座椅振動及異響控制的設(shè)計

由于座椅對輕度有極高的要求，因此采用的材料都是金屬及高硬度塑料。在汽車行進(jìn)中可能會產(chǎn)生噪音及異響。直接影響駕乘人員的舒適度，在設(shè)計中必須進(jìn)行控制。

4.1 采用金屬掛塑處理

該措施主要用在鋼絲與骨架的銜接及接觸處，避免金屬件之間直接接觸而產(chǎn)生噪音和異響。

4.2 采用施加外襯套的處理

該方法是在有相對旋轉(zhuǎn)運動的骨架之間加裝襯套，將金屬旋轉(zhuǎn)件隔離開避免產(chǎn)生相對摩擦運動而發(fā)生噪音。例如，駕駛員座椅靠背骨架與坐墊骨架通過臺階螺栓連接，在臺階螺栓、靠背骨架和坐墊骨架之間采用尼龍襯套隔離。后排座椅防噪聲是在靠背與車身的旋轉(zhuǎn)連接處，采用塑料襯墊和尼龍襯套把車身鈑金件與靠背骨架進(jìn)行隔離以避免產(chǎn)生摩擦噪聲。

4.3 采用其他方法進(jìn)行隔離的措施

現(xiàn)代的汽車經(jīng)常采用無紡布進(jìn)行金屬件之間的隔離，比如，在座椅骨架和泡沫組件之間就采用了無紡布隔離措施。

另外，在地板鎖和靠背鎖的鎖鉤工作面增加緩沖耐磨層；采用W形滑軌和精密調(diào)角器；用空心頭枕桿以增加頭枕桿與塑料襯套的接觸面積，目的是減少松動和異響。上述這些都是減少座椅異響的措施。

當(dāng)前，在提高座椅舒適度的方法上，應(yīng)該是綜合的、合理的、科學(xué)的等考慮，同時還應(yīng)充分結(jié)合人體的骨骼結(jié)構(gòu)，受力及壓力點等，優(yōu)選各種方案和安全因素設(shè)計出更加舒適的座椅。